Zvuk jemechanické vlnění vlátkovém prostředí, které je schopno vyvolat sluchový vjem.Frekvence tohoto vlnění, které ječlověk schopen vnímat, jsou značně individuální a leží v intervalu přibližně 16Hz až 20000Hz. Mechanické vlnění mimo tento frekvenční rozsah sluchový vjem nevyvolává, přesto se někdy také označuje jako zvuk.
Frekvenci nižší než 16Hz máinfrazvuk, slyší jej např.sloni. Frekvenci vyšší než 20kHz máultrazvuk, který mohou vnímat např.psi,delfíni činetopýři. Děje, které jsou spojeny se vznikem zvuku, jeho šířením a vnímáním, se nazývajíakustika a stejný název má i věda, která tyto děje zkoumá.
Zdroj zvukového vlnění se stručně nazývá zdroj zvuku a hmotné prostředí, ve kterém se toto vlněníšíří, jeho vodič. Vodič zvuku, obyčejněvzduch, zprostředkovává spojení mezi zdrojem zvuku a jeho přijímačem (detektorem), kterým bývá v praxiucho,mikrofon nebosnímač. Zvuky se šíří ikapalinami (např.vodou) a pevnými látkami (např. stěnami domu). Vzduchoprázdno (vakuum) je dokonalouzvukovou izolací.
Zdrojem zvuku může být každé chvějící setěleso. O vlnění v okolí zdroje zvuku však nerozhoduje jen jeho chvění, ale i okolnost, jestli je tento předmět dobrým nebo špatným zářičem zvuku. Tato jeho vlastnost závisí hlavně na jeho geometrickém tvaru. Struna napnutá mezi dvěma pevnými body není dobrým zářičem zvuku, protože při chvění struny vzniká přetlak ve směru jejího pohybu a současně na opačné straně podtlak. Tím se nejbližší okolí struny stává druhotným zdrojem dvou vlnění, která se šíří na všechny strany prakticky s opačnoufází, protože příčné rozměry struny jsou vzhledem kvlnové délce zvukového vlnění vždy velmi malé. Tato dvě vlnění seinterferencí ruší.
Zdrojem zvuku mohou být kromě těles kmitajících vlastními kmity i tělesa kmitající kmity vynucenými. K nim patří např.ozvučnice mnohých hudebních nástrojů,reproduktory,sluchátka a další zařízení pro generování nebo reprodukci zvuku.
Související informace naleznete také v článcíchtónahluk.
Zvuky můžeme rozdělit natóny ahluky. Tóny bývají označovány jako zvukyhudební, hluky jako zvukynehudební. Tóny vznikají při pravidelném, včase přibližněperiodicky probíhajícím pohybu – kmitání. Při jejich poslechu vzniká v uchu vjem zvuku určité výšky, proto se tónů využívá vhudbě. Zdrojem tónů mohou být například lidskéhlasivky nebo různéhudební nástroje. Jako hluky označujeme nepravidelné vlnění vznikající jako složité nepravidelné kmitání těles nebo krátké nepravidelné rozruchy (srážka dvou těles, výstřel, přeskočení elektrické jiskry apod.). I hluky jsou využívány v hudbě, neboť k nim patří i zvuky mnohahudebních nástrojů, předevšímbicích.
Každý zvuk se vyznačuje svojí fyzikální intenzitou, odpovídající veličina se nazýváhladina intenzity zvuku a bývá udávaná vdB. Intenzitě odpovídá fyziologická veličinahlasitost. Druhou fyzikální veličinou jefrekvence, které odpovídávýška tónu.[1] Třetí základní vlastností zvuku je průběh kmitání, ovlivňující jehozabarvení. Trvání zvuku v čase určuje jehodélku.
Frekvenční rozsah zvuku, který většina lidí vnímá, začíná kolem 16Hz a dosahuje k (teoreticky je oblast slyšitelnosti 16Hz – 20kHz). S rostoucím věkem horní hranice výrazně klesá. Nejvýznamnější rozsah je 2–4kHz, který je nejdůležitější pro srozumitelnostřeči a na nějž je lidskéucho nejcitlivější. Nejvyšší informační hodnota řeči je přenášena v pásmu 0,5–2kHz.
Dynamický rozsah lidského ucha (rozdíl mezi nejhlasitějším a nejtišším vnímatelným zvukem) je uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma asi 120dB. Na okrajích pásma je mnohem menší.
Schopnost rozlišitfrekvence tónů se u každého člověka liší a je frekvenčně závislá. Uprostřed slyšitelného frekvenčního pásma za ideálních podmínek lze rozlišit změnu frekvence o několikcentů. Na okrajích pásma je rozlišovací schopnost výrazně nižší.
Schopnost odlišit dva frekvenčně blízké tóny je ovlivněna frekvenčním maskováním. Pokud znějí dva tóny současně, může jeden z nich potlačit slyšitelnost toho druhého. Tato neschopnost slyšet oba současné tóny se nazývá frekvenční maskování. Maximální úroveň maskovaného signálu je závislá na frekvenční vzdálenosti a úrovni maskujícího signálu. Maskovací schopnost je též závislá na frekvenci maskujícího tónu.Vnímání tónů s blízkými frekvencemi je ovlivněno šířkoukritického pásma. To má na nejnižších frekvencích velikost kolem 100Hz, zatímco na nejvyšších frekvencích dosahuje až 4kHz.Maskování se využívá u některých algoritmů pro kompresi zvukových dat, např.MP3,Ogg Vorbis neboATRAC.
Pokud po hlasitém tónu následuje stejný tón s menší hlasitostí, je jeho vnímání potlačeno. Potlačen může být i tichý tón předcházející maskovacímu tónu.
Zvuková vlna je dána periodickým stlačováním a rozpínáním hmotného prostředí, v němž postupuje rychlostí závislou na okamžitých fyzikálních podmínkách (např.tlak,teplota,vlhkost). Zvukové vlny se šíří různými prostředími různou rychlostí, čímž se zeslabují. Zvuk se šířípodélným vlněním, při kterém kmitají jednotlivé částice prostředí uspořádaně kolemstředních poloh. Vychýlení objemového elementu prostředí ze střední polohy při vlnění nazývámeakustickou (zvukovou) výchylkou. Akustickou výchylku lze matematicky zapsat:
Neabsorbuje-li se rovinná vlna s rostoucí vzdáleností od zvukového zdroje, má amplituda akustické výchylky konstantní hodnotu. Proměnná rychlost, kterou uspořádaně kmitají částice kolem svých středních poloh, se nazývá akustická (zvuková) rychlost. Tu lze vyjádřit vztahem:
kde je amplituda akustické rychlosti.
Příčinou zrychlení objemového elementu je změna akustického tlaku, pro který platí:
Související informace naleznete také v článkurychlost zvuku.
Rychlost zvuku není konstantní, závisí nateplotě prostředí,vlhkosti a dalších fyzikálních parametrech. Závislost rychlosti zvuku vevzduchu lze matematicky zapsat:
kde je rychlost zvuku a jeteplota ve stupních Celsia. Ve vzduchu je za standardních podmínek rychlost zvuku zhruba.
Výška zvuku je dána jehofrekvencí; čím vyšší je frekvence, tím je vyšší výška. U jednoduchých tónů s harmonickým průběhem určuje jejich frekvenceabsolutní výšku tónu. Absolutní výška tónu se měřípřístroji pro měření zvukových frekvencí, za obvyklých podmínek ji nelze určitsluchem. Pro subjektivní hodnocení zvuku je důležitějšírelativní výška tónu, což je podíl frekvence daného tónu vůči frekvenci referenčního tónu.Hudební akustika určuje jako základní tón 440Hz, v technické praxi se jako základní (referenční) tón udává 1000Hz (jeden kilohertz).
U zvuků s neharmonickým průběhem (složené tóny) je určení výšky obtížnější, mnohdy základní výška tónu odpovídá složce s nejmenší frekvencí.
Zvuky se i při stejné výšce tónu mohou lišit odlišným zabarvením. Barva zvuku je určena jeho spektrem – frekvencemi vyšších harmonických tónů ve složeném tónu a jejich amplitudami a fázemi. Sluchem podle barvy zvuku rozeznáváme hudební nástroje a hlasy lidí.
Periodické zvuky – tóny – jsou tvořeny složkami, jejichž frekvence jsou celistvé násobky frekvence základního tónu – vyšší harmonické frekvence čialikvotní tóny. Má-li harmonická frekvence dvojnásobný počet kmitů proti kmitu základnímu, jde o druhou harmonickou atd. Obecně platí, že tón zní tím ostřeji (drsněji), čím je energie harmonických frekvencí větší, a tím „kulatěji“, čím je energie harmonických nižší. Obecně platí, že liché násobky základního kmitočtu zvuk „zostřují/ochlazují“ (např. u žesťových hudebních nástrojů), sudé násobky základní harmonické frekvence zvuk „zjemňují/oteplují“ (např. dřevěné dechové nástroje).
Některé hudební nástroje vydávají doprovodné zvuky o frekvencích, které nejsou v harmonickém poměru k frekvenci tónů základních.
Hlasitost zvuku je subjektivní veličina. Je závislá na velikostiakustického tlaku, kterým zvukové vlnění působí na sluch (tj. proměnné složky tlaku).
Odpovídající měřitelnou veličinou jehladina akustického tlaku. Protože slyšitelný rozsah vjemů přesahuje sedm dekadických řádů hodnot této veličiny, užívá se pro ni logaritmického vyjádření vjednotkáchdecibel:
kde je smluvní vztažná hodnota akustického tlaku, označovaná často jakopráh slyšení.
Dynamika lidského sluchu – od prahu slyšení po práh bolesti – je 120 až 125dB. Při vysokých intenzitách může dojít k poškození sluchu.
Při stejné hodnotě akustického tlaku je subjektivně vnímaná hlasitost zvuku o různých frekvencích rozdílná. Pro přiblížení měřitelné veličiny subjektivnímu vjemu hlasitosti bez závislosti na frekvenci se užívá smluvních váhových křivek, které respektují „frekvenční charakteristiku“ lidského sluchu. Mezinárodně byly definovány čtyři takové křivky označované,, a. Vsoučasnosti je hygienickými předpisy a technickými normami převážně vyžadováno užívání váhové křivky, která se nejlépe osvědčila (pro specifické účely někdy ještě křivky). Hodnoty hladiny akustického tlaku (ať naměřené či požadované mezní) upravené („filtrované“) váhovou křivkou se udávají vjednotkách označovaných dB(A) resp. dB(C). Moderní zvukoměrné přístroje mají funkci vážení vestavěnou – obvykle lze volit mezi lineárním hodnocením, vážením křivkou a křivkou. Průběh křivky je takový, že frekvenci 1kHz odpovídá korekce 0dB, frekvenci 250Hz korekce -10dB, největší váha (kladné korekce) se přisuzuje frekvencím okolo 2500Hz.
Hodnocení hlasitosti pomocí hladiny akustického tlaku vážené podle křivky vytlačilo dříve užívanou jednotku hlasitostifón (Ph). Ve fónové stupnici byly hladiny hlasitosti stanovovány subjektivním porovnáváním.
Intenzita zvuku je definována jakozvuková energie dopadající na jednotku plochy za jednotku času, tedy akustický výkon na jednotku plochy:
Hladina intenzity zvuku je veličina udávající intenzitu zvuku vjednotkáchdecibel:
Související informace naleznete také v článkuDopplerův jev.
Dopplerův jev nastává při relativním pohybu zdroje zvuku a pozorovatele, který zvuk přicházející od zdroje vnímá. Pozorovatel slyší zvuky jiné frekvence, než je frekvence zdroje. Vyšší, když se zdroj zvuku a přijímač zvuku přibližují, a nižší, pokud se zdroj zvuku a přijímač zvuku navzájem vzdalují.
Pobyt v hlučném prostředí má špatný vliv nazdraví člověka, na jehopracovní výkon apozornost. Člověk není schopný se na nadměrný hluk adaptovat. Proto jsou v pracovním i mimopracovním prostředí přijímána specifická opatření k ochraně osob před nadměrným hlukem. Často se problémy s hlukem řeší pomocíizolace vhodnými pórovitými látkami (plst,koberec,vakuové vrstvy apod.).
Negativní vliv na zdraví mají četné návštěvydiskoték a dalších hlasitých hudebních představení, také vysoká hlasitost elektronických zařízení. Škodlivé jsou hlučné činnosti v malém prostoru (odrazem hluku od stěn se zvyšuje jeho hladina zvuku). Rušivě působí hlučné činnosti (vrtání, opravy v bytě, vysávání apod.) v noční dobu.[3]
